СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ГАММА-ГАММА-КАРОТАЖА Российский патент 1998 года по МПК G01V5/12 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к средствам гамма-гамма каротажа.

При гамма-гамма каротаже измерительная информация зависит не только от плотности породы, ее состава или пористости, но и от диаметра скважины, параметров зонда, и, в первую очередь, его геометрических параметров и стабильности источника гамма-квантов, свойств среды, оказавшейся между поверхностями скважинного прибора и скважины. Все это затрудняет интерпретацию результатов контроля и снижает его точность.

Поиски решения указанной проблемы велись по двум основным направлениям. Ряд авторов добивался отстройки от мешающих факторов за счет усложнения конструкции зонда или скважинного прибора. Например, известен прибор [1] с несоосным источником и основным датчиком, рядом дополнительных датчиков и сложной геометрией коллимационных окон.

Однако указанные меры не обеспечивают достаточного повышения точности каротажа и приводит к неоправданному усложнению конструкции скважинного прибора.

Вторым направлением усовершенствования скважинных приборов явилось усложнение алгоритма обработки измерительной информации от двух соосных датчиков, обусловившее необходимость введения процессора в состав зонда или наземного прибора. При этом, помимо широко распространенного аналитического метода "отношение", использовался метод "гребень-прослойка" или комбинация этих методов [2].

Описанный в данном источнике скважинный прибор, является наиболее близким к предложенному и содержит корпус с зкраном и соосными источником и двумя детекторами гамма-квантов.

Однако даже применение сложных алгоритмов обработки информации, а значит и сложных блоков обработки, не обеспечивает достаточного повышения точности каротажа.

В связи с этим техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение точности скважинного прибора.

Указанный результат достигается тем, что в скважинном приборе для гамма-гамма каротажа, содержащем корпус, на оси которого последовательно расположены источник гамма-квантов, экран и два детектора гамма-квантов, отличающийся тем, средние расстояния между источником и детекторами гамма-квантов выбирают из ряда, члены которого удовлетворяют условию:
L_r=L_r-1 + L_r-2,
где r = 3,4...;
L₁ = 1;
L₂ = 2.

Кроме того, корпус может быть выполнен с окнами коллимации для источника и/или второго детектора гамма-квантов и составным, из первой и второй частей, выполненных с возможностью фиксированного осевого смещения друг относительно друга, причем в первой части корпуса расположены источник и первый детектор гамма-квантов, а во второй части - второй детектор гамма-квантов.

При этом модуль осевого смещения или колебания не превышает 10% от меньшего из расстояний между источником и детектором гамма-квантов, а модуль углового смещения или колебания не превышает 36^o.

Кроме того первая часть корпуса может быть выполнена с окном коллимации для первого детектора гамма-квантов и составной, из двух частей, выполненных с возможностью фиксированного осевого смещения друг относительно друга, причем в одной части расположен источник, а в другой части - первый детектор гамма-квантов.

При этом модуль осевого смещения не превышает 6% от меньшего из расстояний между источником и детектором гамма-квантов, а модуль углового смещения не превышает 21,6^o.

Кроме того, окна коллимации для источника и/или первого и/или второго детектора гамма-квантов могут быть расположены под углом 32-40^o к оси корпуса.

В частности, окна коллимации могут быть расположены под углом 36^o к оси корпуса.

Кроме того, диаметр окна коллимации для первого детектора гамма-квантов может быть в 1,5-1,8 раза больше окна коллимации для второго детектора.

И, наконец, толщина и материал части экрана, расположенной между источником и первым детектором гамма-квантов может быть выбрана из соотношения:
N(x1)/N(x2) = Kx2/x1exp{(y2-y1)z},
где x1, x2 - максимальная и минимальная эффективные энергии источника гамма-квантов;
N(x) - кратность ослабления излучения,
y - эффективный декремент затухания излучения с соответствующей энергией в породе с плотностью, равной середине диапазона измеряемых плотностей;
z - эффективная длина скважинного прибора;
K - константа.

На фиг.1 показана конструкция скважинного прибора; на фиг.2 и 3 - соотношение размеров и диапазон смещения датчиков в нем.

Скважинный прибор содержит корпус 1, источник 2 гамма-квантов, первый 3 и второй 4 детекторы гамма-квантов и экран 5, часть 6 которого располагается между источником 2 и датчиком 3. Экран 5 может являться частью корпуса 1 /фиг. 1/. Позицией 7 обозначены окна коллимации.

Как показано на фиг. 2, расстояние H1 есть расстояние между источником 2 и датчиком 3, а H2 - между источником 2 и датчиком 4.

Выбор этих расстояний из вышеуказанного ряда производится с точностью до константы, т. е. отношение H1/H2 равно отношению одного из членов ряда к последующему члену. Например, поскольку первые члены ряда будут 1,2,3,5,8,13,21,34..., упомянутое отношение может составить 1/2, 3/5, 8/21 и т. п. Разумеется, при выборе константы следует учитывать общепринятые для гамма-гамма каротажа соотношения, некоторые из которых приведены в вышеупомянутых источниках информации.

Далее, говоря о средних расстояниях, мы имеем в виду, что эти расстояния либо задается с точностью 0,1 (H1) для датчика 2 и 0,06 (H1) для датчика 3, либо могут изменяться вокруг среднего значения в указанных пределах в ходе настройки или измерения, и лишь в частном случае эти расстояния совпадают с соответствующими средними величинами. Так, на фиг. 3 пунктиром показаны области пространственного смещения датчиков 2, 3.

Как уже отмечалось, корпус 1 может быть выполнен составным и иметь один или два разъемных соединения 8 (фиг. 1,2). Неразъемный корпус 1 может иметь одно, два или три окна 7, но для разъемного корпуса 1 целесообразно коллимировать испускаемый и/или принимаемый (по меньшей мере информационный) потоки гамма-квантов.

Разъемное соединение может быть выполнено резьбовым (в этом случае, в зависимости от шага резьбы, угловое смещение сопровождается определенным осевым смещением), с калиброванными прокладками и упругими фиксаторами осевого и/или углового смещения и т.п. - вид соединения не является существенным и любое известное соединение может быть использовано.

В ряде случаев требуется осуществлять в процессе каротажа периодическое изменение углового и/или осевого положения датчиков 2,3 относительно их средних положений. С этой целью в корпусе 1 могут быть установлены соответствующие приводы. Однако колебания могут совершаться и вручную, путем периодического подъема зонда, смещения и поворота части корпуса 1 и повторного спуска зонда.

Если часть 6 экрана выполняется с учетом вышеприведенного соотношения, в месте расположения датчика 3 корпус 1, как правило, выполняется глухим или окно 7 датчика 3 закрывают заглушкой из материала экрана 5, хотя в ряде случаев датчик 3 может совмещать функции опорного и корректирующего датчика.

В простейшем случае, в частности при использовании датчика 3 в качестве корректирующего, изменение спектрального состава источника 2 (глухой корпус 1 в месте расположения датчика 3), можно применять K=1 и z=H2. В общем случае величины K и z определяют по результатам градуировки прибора, исходя из минимальной зависимости показаний (точнее отношения скоростей счета второго и первого датчиков) от спектрального состава излучения и его мощности.

При использовании скважинного прибора производится регистрация рассеянного в пласте горной породы гамма-излучения. Электрические сигналы от датчиков 3, 4 подвергаются обработке с целью выделения полезной информации, отстройки от мешающих факторов. Как показали проведенные исследования, для большинства контролируемых пород выбор расстояния из ряда L_r обеспечивает существенное повышение точности вне зависимости от методики обработки измерительной информации.

В ряде же случаев целесообразно изменять эти расстояния, а также поворачивать окна 7 одного или обоих датчиков 3, 4 для достижения максимальной точности, так что ряду L_r соответствуют только средние положения. Такое изменение расположения или ориентации датчиков 3, 4 может производиться по результатам градуировки прибора или его предварительных испытаний в процессе контроля пород определенного типа. Это изменение может осуществляться однократно, многократно и периодически. Иными словами, может быть использован прибор, в котором пространственное положение датчика в указанном выше смысле отличается от номинального или среднего, набор приборов с различным положением датчиков или прибор, выполненный с возможностью изменения их положения, в том числе периодического. Если в процессе каротажа осуществляется многократное изменение положения датчиков 3, 4, то информация может выделяться путем усреднения, выбора наиболее информативного положения или демодуляции в случае периодического изменения положения.

Выход за указанные выше пределы изменения положения датчиков 3, 4 приводит к снижению точности измерения. Амплитуда изменения определяется по результатам предварительных испытаний, но обычно лежит в пределах от 60 до 90% от максимальной.

Указанные выше правила выбора угла наклона и размеров окон 7 также способствует повышению точности каротажа, причем только в случае выбора величин H1 и H2 из ряда L_r.

Для предварительной настройки прибора используют образцы пород с известными свойствами.

Как показали проведенные исследования, точность измерения предлагаемым прибором в 1,5 - 1,8 раза выше.

Использование: при проведении гамма - гамма каротажа. Сущность изобретения: скважинный прибор содержит корпус, на оси которого последовательно расположены источник гамма - квантов, экран и два детектора гамма - квантов. Расстояние между источниками и детекторами выбирают из ряда чисел. Корпус имеет коллимационные окна для источника и детекторов гамма - квантов. Корпус может быть выполнен составным с возможностью фиксированного осевого и углового смещения одной части относительно другой. Коллимационные окна расположены под углом 32 - 40^o к оси корпуса. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Скважинный прибор для гамма-гамма-каротажа, содержащий корпус, на оси которого последовательно расположены источник гамма-квантов, экран и два детектора гамма-квантов, отличающийся тем, что средние расстояния между источником и детекторами гамма-квантов выбирают из ряда, члены которого удовлетворяют условию
L_r L_r - 1 + L_r - 2,
где r 3, 4
L₁ 1, L₂ 2. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен с окнами коллимации для источника и/или второго детектора гамма-квантов и составным из первой и второй частей, выполненных с возможностью фиксированного осевого смещения одна относительно другой, причем в первой части корпуса расположены источник и первый детектор гамма-квантов, а во второй части второй детектор гамма-квантов. 3. Прибор по п.2, отличающийся тем, что модуль осевого смещения не превышает 10% от меньшего из расстояний между источником и детектором гамма-квантов, а модуль углового смещения не превышает 36^o. 4. Прибор по п.2, отличающийся тем, что первая часть корпуса выполнена с окном коллимации для первого детектора гамма-квантов и составной из двух частей, выполненных с возможностью фиксированного осевого смещения одна относительно другой, причем в одной части расположен источник, а в другой части первый детектор гамма-квантов. 5. Прибор по п.4, отличающийся тем, что модуль осевого смещения не превышает 6% от меньшего из расстояний между источником и детектором гамма-квантов, а модуль углового смещения не превышает 21,6^o. 6. Прибор по п.1, отличающийся тем, что окна коллимации для источника и/или первого и/или второго детекторов гамма-квантов расположены под углом 32 40^o к оси корпуса. 7. Прибор по п.6, отличающийся тем, что окна коллимации расположены под углом 36^o к оси корпуса. 8. Прибор по п.4, отличающийся тем, что диаметр окна коллимации для первого детектора гамма-квантов в 1,5 1,8 раза больше окна коллимации для второго детектора. 9. Прибор по п.1, отличающийся тем, что толщина и материал части экрана, расположенной между источником и первым детектором гамма-квантов, выбраны из соотношения
N(x₁)/N(x₂) K•x₂/x₁exp{(y₂ - y₁)Z}
где x₁, x₂ максимальная и минимальная эффективные энергии источника гамма-квантов соответственно;
N(x) кратность ослабления излучения;
y эффективный декремент затухания излучения с соответствующей энергией в породе с плотностью, равной середине диапазона измеряемых плотностей;
Z эффективная длина скважинного прибора;
K константа.